STM32存储器映射和寄存器映射

存储器映射

　　对于Cortex-M3来讲，有一块4G大小的存储器空间。存储器映射指的是芯片厂商为这个空间分配地址的操作。这4G空间被均匀地划分为8个大小为512MB的存储块（block），并且每个块都各具特色。下面主要介绍Block1~Block2。

Block0

　　Block0的地址范围为0x0000_0000~0x1FFF_FFFF。它被设计用来存放代码程序，其中主要有FLASH、SYSTEM MEMORY和OPTION BYTES：

　　　　FLASH：起始地址为0x0800_0000，存放用户程序和掉电保存数据。FLASH容量从16k到512k不等，以STM32F10x8系列为例，8代表FLASH容量为64k，所以结束地址就为0x0801_FFFF。

　　　　SYSTEM MEMORY：系统存储器，存放了BootLoader程序，禁止用户改动，该程序主要用于串口下载。

　　　　OPTION BYTES：选项字节，可以配置读写保护、看门狗等。

　　这里简单说一下地址分配。整块4G存储器开始地址标为0x0000_0000，结束地址为0xFFFF_FFFF，地址表示采用了十六进制，一共8*4=32bit，而2^32刚好就是4G。存储器的基本单元是一个字节，每个地址都对应这样一个单元，因此用32位地址来表示，其容量刚好就是4GB。同理，根据Block0的起止地址，也可以计算得到其容量为512MB。

 

Block1

　　Block1的地址范围为0x2000_0000~0x3FFF_FFFF。其中0x2000_0000~0x2000_FFFF被划为SRAM，主要是用于程序运行的堆栈开销。

 

Block2

　　Block2的地址范围为0x4000_0000~0x5FFF_FFFF。这块空间被充分用作外设寄存器。根据总线不同，将外设分为三大块，第一块是APB1总线外设，起始地址为0x4000_0000；第二块是APB2总线外设，起始地址为0x4001_0000；最后一块为AHB总线外设，起始地址为0x4001_8000。

 

 

寄存器映射

　　寄存器映射主要针对于Block2。这种映射不同于存储器映射的分配地址操作，而是在程序中对具有特定功能的内存单元进行命名的过程，每个内存单元都是四个字节，称作寄存器。例如GPIOA外设有个寄存器地址范围为0x4001_0800~0x4001_0803，该寄存器是用来配置GPIOA部分端口工作模式的，因此被映射为GPIOA_CRL。由此可知，这种映射方便了对寄存器的访问操作，因为如果每次访问寄存器都要查地址范围的话是很痛苦的。

GPIOA_CRL

　　如何实现这种映射的呢？以GPIOA_CRL为例，其映射地址 = 外设总基地址（块基地址）+ 总线相对于外设总基地址的偏移 + 具体外设基地址相对于总线基地址的偏移 + 寄存器相对于具体外设基地址的偏移。

　　外设总基地址恰好就是Block2的起始地址0x4000_0000；

　　GPIO属于APB2总线外设，因此查阅芯片手册如下图所示，我们其实直接可以得到APB2起始地址和GPIOA的起始地址，但是程序中一般不这么做，而是以偏移量来表示层次关系。从图中可计算到总线相对于外设总基地址的偏移为0x1_0000，GPIOA相对于APB2基地址的偏移为0x800。

　　　　

　　再查阅GPIO的寄存器组，如下图所示。可以得到CRL寄存器相对于GPIO基地址偏移为0x00。综上GPIOA_CRL的基地址为：0x4000_0000+0x1_0000+0x800+0x00。

　　　　

 

程序中地址映射

　　STM32固件库中，有个头文件叫stm32f10x.h，其中就定义了寄存器的映射，部分代码如下：

 

　　外设基地址PERIPH_BASE：

#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)

 

　　总线基地址，在外设基地址上加上偏移：

#define APB1PERIPH_BASE       PERIPH_BASE
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)
#define AHBPERIPH_BASE        (PERIPH_BASE + 0x20000)

　　

　　GPIO外设基地址，在APB2总线基地址上加上偏移：

#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOC_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOD_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
#define GPIOE_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
#define GPIOF_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
#define GPIOG_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)

 

　　定义GPIO外设结构体，因为结构体成员在内存中是连续的，这种形式与寄存器组非常类似，所以用结构体能够很好的管理寄存器：

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

 

　　定义GPIOA结构体指针，因为单单定义GPIO外设结构体，并不能确定其内存地址，因此用指针将其绑定到GPIOA外设基地址：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)

 

　　访问寄存器方式的对比，映射访问明显更为直观：

//直接的地址访问
*(unsigned int *)(0x4001_0800）|= 0x0001;
//映射访问
GPIOA->CRL |= 0x0001;